Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Опрелслим КНД Юсекториального рупора. С атой пелью воспользуемся соотноЩением (15.34) для синфазного раскрыаа. Этим соотношением можно пользоваться и для несинфезного поля, если под Е(р) подразумевать комплексную амплитуду поля в раскрыве. Подставляя в (15.34) значение Е(р) = Е нз (16.11) и проводя интегрирование, получим для КНД следующее выражение: угл 3 (16.18) 4 Если длину рупора взять большей оптимальной, то при той же цчошалн раскрыла КНД рупора возрастает.
Однако это возрастание будет незначительным и в большинстве случаев не оправдывает увеличения габаритов. Действительно, численный анализ показывает, что точкам максиыума КНД иа графиках рис. 16.6 соответствует коэффициент использования поверхности и = 0,64. Если же длину рупора непрерывно увеличивать, то в пределе при й -ью получим синфазное попе в раскрыве с КИП и = 0,81 (КИП синфазной плошадки с косинусоидальным амплитудным распределением). Таким обрезом, увеличение длины рупора от оптимальной до бесконечной повышает КНД приблизительно на 251 ь Вычислим КНД Е-секториального рупора Ют.
Проводя операции, аналогичные вышеизложенным для Н-секториального рупора, получаем Рис. 16.6. Зависимость КНД от размеров Н-секторивльногорупора я 26 ,)22й /2ЛЯ~ Графики зависимости КНд от разме. ров рупора представлены на рис. 16.7. Как и для Н-секториального рупора, кривые имеют экстремум. Положение экстремумов определяются выражением Рнс. 16.7.
Зависимость КЩ от римеров Е-секторнального рупора откуда длина оптимального Е-секгориального рупора йя =аз/(22). (16.20) т М г ЗЛ' При оптимальной длине Н-секторивльного рупора максимальная фазовая ошибка в его раскрыве, согласно (16.8), При оптимальной длине максимальная фазовая ошибка =л)2. (16.21) Коэффициент использования площади раскрыва г оптимального Е-секториального рупора такой же, как оптимального Н-секторнального рупора, т.е. к = 64. Таким :образом, Ог = 0,64 4гг — Езс . аЬ (16.22) Коэффициент направленного действия пирамидального рупора О выразим через КНД соответствующих Е- и Н-секториальиых рупоров' (16.23) Л Л Величины — Ол и — Ол берутся из графиков рис.
! 6.6 н 16.7 лля секториальных с ' Ь рупоров. Заметим, что при выборе длины рупора, равной оптимальной, происходит некоторое расширение диаграммы направленности по сравнению с диаграммой синфазйого раскрыва. Ширину диаграммы направленностн рупора с оптимальной длиной можно определить по данным табл. 16.1. 'Таблица 16.1 В коническом рупоре, образованном расширением открытого конца круглого волновода с волной Нп, оптимальнаа длина зависит отднаметРа его РаскРыва ир .. 42 Я, = э -0,15Л. (16.24) 2,4Л Коэффициент использования поверхности оптимального конического рупора к= 0,5; ширина диаграммы направленности определяется по данным табл. 16.1.
Деформируя кр)товой конический рупор в эллиптический с отношением осей эллипса 1,25, иожно получить приблизительно одинаковую ширину диаграммы направленности во всех сечениях, проходящих через ось рупора. 249 Рупорные антенны используются на практике и как самостоятельные направленные антенны, и в качестве облучателей зеркальных и линзовых антенн, а также в качестве излучателей ФАР. Особенно широко рупорные антенны используютсв в лабора. торных установках прн измерении диаграммы направленности и коэффициента усиле.
ния других антенн. Достоинством рупорных антенн является простота конструкции и хорошие лиапазонные свойства. Практически рабочая полоса частот рупориой антенны ограничивается полосой питающего его волновода и составляет около 100%. Недостаток рупорных антенн состоит в необходимости выбора слишком большой длины рупора для получения остронаправленного излучения. Как следует из формул (16.17), (16.20), оптимальная длина рупора пропорциональна квадрату размеров раскры ва а н Ь, а ширина диаграммы направленности обратно пропорциональна л и Ьр в первой степени. Поэтому для сужения дишраммы направленности рупорной антенны в л раз размер ее апертуры должен быть увеличен в л раз, а длина рупора — в из раз. Это обстоятельство накладывает ограничения на ширину диаграммы направленности рупорных антенн.
Так, при длине рупора, примерно равной размеру одной из сторон его раскрыиа, ширина диаграммм направленности составляет около 20- 25'. При сужении ширины диаграммы направленности до 1О' длина рупора приблизительно в 4 — 5 раз больше размера болыпей стороны его раскрыва. Сушествугот различные способы уменьшения длины рупора. Суть этих способов заключается в компенсации или уменьшении фазовой ошибки в раскрыве рупора. Одним из наиболее часто используемых на практике способов уменьшения длины рупора валяется установка в его раскрыве линзы, которая устраняет фазовые ошибки (рис.
16.8,а). При этом длина рупора выбирается уже из условий хорошего согласования питающего рупор волновода со свободным пространством и приблизительно равна (1-0,5) ширине его раскрыва. Рис. 16.8. Способы устранеиия фюовых ош„бо» На рис. 16.8,6 показан другой снов раскрыве руоораай мпеииы соб выравнивания фазового фронта в раскрыве рупора за счет выравнивания длины пути, проходимого волной от вершины рупора до различных точек на раскрыве Для получения в раскрыве синфазиого поля кривая АВС, образующая профиль стенки согнутого рупора, должна иметь форму параболы. 16З. Зеркальные антенны Принцип деиствия зеркюзьиых антенн. Зеркальной антенной (рис.
16.9,а) назывшот совокупность слабонаправленного облучателя 1 и металлического отражателя (зеркала) 2. Форму поверхности зеркала выбирают такой, чтобы сферический фронт волны 5, падающей от облучателя на зеркало, после отражения преобразовался в плоский фронт волны 4 (рис. 16.9,6).
С позиций геометрической оптики лучи, расхолящнеся от облучателя, после отрюкения от зеркала образуют параллельный пучок, формируя остронаправленную диаграмму направленности. По форме зеркала зеркальные антенны разделяются на параболонд вращения, параболический цилиндр, усеченный параболо- 260 ид, а также антенны со специальным профилем верхана Основные типы зеркальных антенн покаваны на рис. 16.9, 16.22-16.24. В параболоидах вращения облучатель должен быть точечным, в цилиндрическом параболоиде— линейным. Покажем, что для преобразования сфериче- ого фронта волны в плоский поверхность отражателя должна быть частью поверхности парабороида вращения.
В силу осевой симметрии доквэатедьство достаточно провести для произвольной ршоскости, проходящей через ось симметрии пара,болоила вращения. Рне. 16.9. Зеркальные мпенны На рис. 16.10 изображена парабола б, являющаяся, как известно, геометрическим местом тоШек, равноулаленных от фокуса Р и прямой линии М 1, называемой дирекмрнссод (т.е. лля произвольной точки М РМ= МФ). Точка О называется вершняов ,влэабаты, отрезок ОР— фокусным расстоянием у: д Проведем линию м, перпендикулярную ОР.
О "Длл произвольной точки Р, лежащей на м, длина ломаной РМР сосшвит р РМ э МР = Маг г МР = УР = ОР = 2У .(16 25) Таким образом, расстояние РМР = Зу не зависит от положения точки М на параболе. Следовательно, сферическая волна, распргктраняющаяся иэ точки Р, после отражения от параболоида вращения яя Я пресбраэуется в пноскую волну„поверхность равной фазы которой совпадает с плоскостью м, пер- Рне.
16!в. квывслу уравнения пендикулярной оси параболоида ОК профиля эеркача Обозначая ЕМ червя р, соотношения (16 25) можно записать в виде р + рсоа уг = 2г, откуда получаем слелуюшее уравнение лля образующей параболоида вращения в полярной системе координат'. р)=". (16. 26) ! есоэуу Аналогично можно показать, что для преобразования цилиндричесной волны в плоскую поверхность зеркала должна предчтавлять собой параболический цилиндр. Как следует иэ уравнения (16.26), профиль эеркальной антенны ие зависит от частоты. Поэтому параболические эеркачьные антенны явдяются чрезвычайно широкополосными устройствами, рабочая полоса частот которых в основном определяется полосой частот облучателя.
Оллучшнелл зеркальных антенн. Исходя иэ принципа действия эер«альной антенны, можно сбюрмулировать следующие достаточно очевидные требования к облучателям этих антенн. 261 1. Облучатель должен иметь фазовый центр, который располагается в фокусе па. раболоида вращения (для параболического цилиндра облучатель должен формировать цилиндрическую волну с линией фазовых центров, расположенных на фокальной ли.
нии параболического цилиндра). 2. Амплитудная лиаграмма направленноси облучателя должна быть такова, чтобы почти вся мощность от облучателя попадала на зеркало. В облучателе должно отсутство. вать излучение в направлении, противоположном направлению на зеркало. КРоме того, поскольку амплитудное распределение в раскрыве зеркала создается в основном диаграммой облучателя, форма амплитудной диаграммы облучателя должна соответствовать требуемой форме амплитудного распределения поля в раскрыве зеркала. 3. Облучатель находится в поле, отраженном от зеркала, поэтому его габариты должны быть как можно меньше, чтобы он создавал минимальное затенение для пояя зеркальной антенны. 4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
